60Co-γ射線輻照對辣椒粉殺菌效果及營養(yǎng)品質(zhì)的影響

李志堅，譚 歡，林樹花，尚雪波，潘兆平，何 雙，何 翊，肖 軻

（湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，湖南 長沙 410125）

辣椒（Capsicum annuumL.）是人們?nèi)粘Ｉ钪袠O為常見的藥食同源的蔬菜，具有驅(qū)寒、止痢、殺蟲、增強(qiáng)食欲、促進(jìn)消化等功能[1]。辣椒粉是以干辣椒為原料，經(jīng)烘焙粉碎制粉而成的純辣椒制品。由于含有辣椒堿和辣椒紅色素，辣椒粉具有調(diào)味和調(diào)色的雙重作用，成為辣味食品尤其是湘味熟食加工過程中一種必備的輔料。在采收、加工和貯運過程中，辣椒極易受到細(xì)菌、霉菌、蟲卵等污染發(fā)生霉變或生蟲。國家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23183—2009未對辣椒粉菌落總數(shù)作出限量要求，農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1711—2020也僅對大腸菌群作出限量規(guī)定。有調(diào)查顯示，市場銷售的辣椒粉受微生物污染現(xiàn)象普遍，整體衛(wèi)生狀況較差。經(jīng)分析，確定辣椒粉加工過程中的細(xì)菌總數(shù)是影響其食品安全的主要危害[2]。如果將受微生物污染嚴(yán)重的辣椒粉用于食品生產(chǎn)，會導(dǎo)致殺菌前食品中微生物本底值較高，采用一般的殺菌條件可能無法達(dá)到理想的殺菌效果，而采用更高殺菌溫度或更長殺菌時間可能會導(dǎo)致食品風(fēng)味發(fā)生變化，同時也不利于原材料的貯藏。輻照技術(shù)已被證明是一種有效的非熱殺菌手段。其原理是利用高能射線（X射線、γ射線等）與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生物理、化學(xué)和生物效應(yīng)從而達(dá)到殺滅樣品中微生物和昆蟲蟲卵等的目的[3]。該技術(shù)可在常溫下進(jìn)行、穿透性強(qiáng)、殺菌均勻、徹底且高效，具有傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)勢[4]。該研究就60Co-γ射線不同劑量輻照辣椒粉的殺菌效果以及對辣椒粉色澤、主要營養(yǎng)成分和風(fēng)味的影響進(jìn)行了探索，旨在為辣椒粉的貯藏保鮮以及食品工業(yè)原料生產(chǎn)前減菌工藝研究提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

主要材料包括辣椒粉[購于湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生鮮市場，用聚乙烯袋分裝并封口，（100±5）g/袋]，甲醇（色譜純），蒸餾水（去離子水，18.2 MΩ·cm，25℃），四氫呋喃（色譜純，國藥集團(tuán)），辣椒堿（CAS號404-86-4，北京中興嘉仁生物技術(shù)有限公司）、二氫辣椒堿（CAS號19408-84-5北京中興嘉仁生物技術(shù)有限公司）。

主要儀器包括60Co-γ射線輻照裝置（湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所生產(chǎn)線），液相色譜儀（Shimadzu LC-20A，配備SPD-M20A二極管陣列檢測器，日本島津公司），分析天平AL204[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]，Milli-Q超純水機(jī)（美國密理博公司），L-8900全自動氨基酸分析儀（日本Hitachi公司），7890A-5975C型安捷倫氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國Agilent公司），固相微萃取裝置及PDMS30/50μm的萃取頭（美國SUPELCO公司），F(xiàn)OSS Kjeltec 2300全自動凱氏定氮儀（丹麥FOSS公司），LC-20A液相色譜儀（日本Shimadzu公司），CM-5色差儀（上海精宏實驗設(shè)備有限公司），YXQ-100A高壓滅菌鍋（上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司），無菌工作臺（蘇州凈化設(shè)備有限公司），KQ-500DE超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 輻照處理60Co-γ射線輻照在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所輻照中心進(jìn)行，放射源為單板源60Co，采用動態(tài)步進(jìn)方式對真空包裝的辣椒粉進(jìn)行不同劑量（0、2.07、4.90、6.67、9.08、10.11和11.42 kGy）的輻照，以未經(jīng)輻照的辣椒粉作為空白對照。采用重鉻酸銀和重鉻酸鉀劑量計進(jìn)行輻照過程的劑量跟蹤，所使用的劑量計經(jīng)中國計量科學(xué)研究院比對標(biāo)定。

1.2.2 微生物檢測 菌落總數(shù)參照GB 4789.2—2016中的方法測定，大腸菌群參照GB 4789.3—2016中的方法測定，酵母、霉菌參照GB 4789.15—2016中的方法測定，試驗結(jié)果為5次平行測定的平均值。

1.2.3 色澤檢測 參照QB/T 2789—2006中的方法進(jìn)行色澤三刺激值和色差ΔE的測定。

1.2.4 營養(yǎng)指標(biāo)檢測 辣椒素、二氫辣椒素含量參照GB/T 21266—2007中的方法測定，蛋白質(zhì)含量參照GB 5009.5—2016中的方法測定；氨基酸含量參照GB 5009.124—2016中的方法測定。

1.2.5 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)檢測 （1）揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)提取。采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（SPME-GC-MS）法檢測。稱取1.0 g辣椒粉樣品于20 mL頂空瓶中，放入磁力轉(zhuǎn)子，用四氟乙烯隔熱密封，在70℃水浴恒溫15 min，將SPME進(jìn)樣器插入頂空吸附40 min后，再將萃取頭置于GC-MS進(jìn)樣口中，解析10 min，用氣質(zhì)聯(lián)用儀對萃取頭所收集的組分進(jìn)行分析。（2）GC-MS分析色譜條件。分離柱為DB-5ms；進(jìn)樣口溫度250℃；載氣為He；載氣流速1.0 mL/min；采用程序升溫法，先40℃ 2 min，再以3℃/min的速度升溫至160℃，保持2 min，再以10℃/min的速度升溫至250℃，保持4 min。（3）質(zhì)譜條件。質(zhì)量分離器為離子阱；離子源為EI；電離能量70eV；離子阱溫度220℃；傳輸線溫度280℃；采用全掃描方式，掃描范圍35～550 m/L；檢索譜庫為NIST08.L。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻照對辣椒粉殺菌效果的影響

從表1可知，隨著60Co-γ射線輻照計量的增加，樣品辣椒粉中的各種微生物數(shù)量均隨之降低，表明在試驗設(shè)計的劑量范圍內(nèi)，輻照劑量越大，對樣品中微生物的殺滅效果越好。輻射劑量達(dá)到6.67 kGy時，樣品辣椒粉中的菌落總數(shù)從1.9×106CFU/g下降至1.1×103CFU/g，霉菌數(shù)量從5.1×104 CFU/g下降至3.0×102CFU/g，酵母從4.1×104CFU/g下降至3.4×102CFU/g；當(dāng)輻射劑量達(dá)到10.11 kGy時，樣品中的菌落總數(shù)、霉菌和酵母均低于100 CFU/g，達(dá)到了較好的減菌效果。由此可以看出，60Co-γ射線輻照對辣椒粉中微生物具有良好的殺滅效果。

表1 不同劑量輻照處理后辣椒粉中微生物含量的變化

2.2 輻照對辣椒粉色澤的影響

辣椒粉自然的顏色為紅偏黃色，油潤而均勻。辣椒色素是由多種色素成分組成的混合色素，主要包括辣椒紅素、玉米黃質(zhì)、辣椒玉紅素、隱黃素等，屬類胡蘿卜素。辣椒粉經(jīng)不同劑量（0～11.42 kGy）60Co-γ射線輻照后，其L值（亮度變量）、a值（紅度變量）和b值（黃度變量）均無明顯變化（見表2）。有報道稱，辣椒粉中呈現(xiàn)黃色的色素對高劑量的輻照較為敏感，經(jīng)18 kGy輻照后黃度值出現(xiàn)明顯下降，而呈現(xiàn)紅色的色素在不同劑量輻照下均較穩(wěn)定[5]。試驗中，當(dāng)劑量達(dá)到6.67 kGy時已經(jīng)能夠達(dá)到較好的減菌效果，在此劑量下辣椒粉的色澤未出現(xiàn)明顯變化。隨著劑量的繼續(xù)增加，其色澤與空白對照仍無明顯變化。因此，適當(dāng)劑量60Co-γ射線輻照不會對辣椒粉的色澤產(chǎn)生顯著影響。

表2 不同劑量輻照處理后辣椒粉色澤指標(biāo)的變化

2.3 輻照對辣椒粉辣度的影響

辣椒粉中辣味物質(zhì)主要為辣椒堿類物質(zhì)，以辣椒素、二氫辣椒素為主（占90%），還有極少量的降二氫辣椒堿、高辣椒堿等。從圖1可以看出，在0～11.42 kGy的劑量范圍內(nèi)，隨著輻照劑量的增加，辣椒素、二氫辣椒素含量有小輻度的上升，辣度也有所提高，排除水分揮發(fā)導(dǎo)致的含量上升因素，可能與輻照提高了辣椒堿的提取效率有關(guān)[6]。

圖1 不同劑量輻照處理后辣椒粉中辣椒素、二氫辣椒素含量及辣度的變化

2.4 輻照對辣椒粉風(fēng)味成分的影響

辣椒粉作為一種常見的調(diào)味料，自然的風(fēng)味為辣香味，其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量是其重要的商品特性之一。不同劑量60Co-γ射線輻照辣椒粉后，其揮發(fā)性成分的GC-MS總離子流圖見圖2、圖3。揮發(fā)性組分名稱、保留時間及相對含量見表3。

表3 不同劑量60Co-γ射線輻照處理后辣椒粉中揮發(fā)性成分及含量的變化

續(xù)表3

圖2 對照樣品辣椒粉中揮發(fā)性成分的總離子流圖

圖3 6.67 kGy 60Co-γ射線輻照處理樣品辣椒粉中揮發(fā)性成分的總離子流圖

由表3可知，從各處理辣椒粉中共鑒定出56種主要成分，其中以烷烴、烯烴為主，還有相當(dāng)數(shù)量的醛、酮、酯、哌嗪、苯、萘等。從各劑量輻照的辣椒粉中均鑒定出丁二醇、苯甲醛、β-水芹烯、3-蒈烯、D-檸檬烯、苯乙醛、檸檬醛、甘菊環(huán)、水楊酸甲酯、2-甲基十三烷等成分，說明該品種辣椒粉中揮發(fā)性成分主要由這些物質(zhì)組成。經(jīng)過不同劑量的60Co-γ射線輻照后，生成了苯丙醛、1,3-環(huán)己二烯-1-甲醛、9,10-脫氫異長葉烯、9-十八炔等新風(fēng)味物質(zhì)；而2-異丙烯基-4a,8-二甲基-1,2,3,4,4a,5,6,8a-八氫-萘經(jīng)輻照后被分解，相對含量從0.92%變成0；10s,11s-Himachala-3(12),4-diene屬輪烯類[7]，經(jīng)11.42 kGy的60Co-γ射線輻照后，相對含量減少了27.4%；1,2,3,5,6,7,8,8a-八氫-1,8a-二甲基-7-異丙烯基-萘經(jīng)11.42 kGy輻照后相對含量減少了46.3%。其他揮發(fā)性成分在輻照下相對較穩(wěn)定，其相對含量未發(fā)生明顯變化。

2.5 輻照對辣椒粉氨基酸組成的影響

氨基酸是構(gòu)成生物蛋白質(zhì)的基本單位，與生命活動存在密切的關(guān)系，是生物體不可缺少的營養(yǎng)成分之一。從表4可以看出，在不同輻照劑量（0～11.42kGy）條件下，除胱胺酸和蛋氨酸含量有小幅減少外，其余各氨基酸組分和氨基酸總量沒有呈現(xiàn)顯著的差異，表明使用輻照工藝對辣椒粉進(jìn)行減菌處理不會對辣椒粉中氨基酸組分產(chǎn)生明顯的影響。由于蛋白質(zhì)具有多級結(jié)構(gòu)的特征，對低劑量的輻照表現(xiàn)為不敏感[8]，因此產(chǎn)生的影響也較小。另外，氨基酸含量的微量變化也有可能是由于輻照所產(chǎn)生的自由基導(dǎo)致氨基酸發(fā)生脫氨基或轉(zhuǎn)氨基作用，使氨基酸發(fā)生轉(zhuǎn)化[9]。

表4 不同劑量輻照處理后辣椒粉中氨基酸組成及含量的變化 （g/100g）

2.6 輻照對辣椒粉蛋白質(zhì)含量的影響

從圖4可以看出，經(jīng)過不同劑量60Co-γ射線輻照之后，辣椒粉中蛋白質(zhì)含量沒有明顯變化。這是因為γ-射線輻照對蛋白質(zhì)的影響可能主要發(fā)生在蛋白質(zhì)的物理性狀方面，對物質(zhì)整體的營養(yǎng)價值沒有很大程度的影響[10]。目前，也沒有相關(guān)研究證實輻照會影響蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值。

圖4 不同劑量輻照處理后辣椒粉中蛋白質(zhì)含量的變化

3 結(jié)論與討論

60Co-γ射線輻照對辣椒粉具有顯著的殺菌效果。在輻照食品的過程中，控制食品輻照的劑量是一個非常重要的步驟，劑量低不能達(dá)到保鮮殺菌的最好效果，劑量高會增加能耗，影響食品的感官品質(zhì)，因此合適的劑量是食品輻照技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品殺菌的關(guān)鍵參數(shù)。隨著輻照劑量增加，辣椒粉中各微生物指標(biāo)呈明顯下降趨勢。當(dāng)輻照劑量達(dá)到6.67 kGy時，對辣椒粉起到的殺菌效果較理想。經(jīng)輻照后，菌落總數(shù)、霉菌及大腸菌群數(shù)均可得到有效控制。

有文獻(xiàn)報道，辣椒粉的揮發(fā)性物質(zhì)種類可達(dá)200多種[11]。辣椒本身的香氣與其辣度存在一定相關(guān)性[12]。一般來講，辣度越大，酯類物質(zhì)含量越高，刺激性氣味越明顯；辣度較小，則烯烴類物質(zhì)含量較高，芳香性氣味較明顯[13]。輻照對辣椒粉風(fēng)味成分的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面。（1）對脂類的過氧化作用。有報道稱，在有氧存在和較高的輻照劑量條件下，脂類一般會發(fā)生過氧化作用而酸敗并產(chǎn)生異味。（2）對氨基酸的作用。有報道稱，蛋白質(zhì)中含硫氨基酸如蛋氨酸、胱氨酸等對輻照較敏感，在輻照過程中會有部分裂解為苯、苯酚及一些含硫化合物，從而產(chǎn)生難聞的氣味[14]。但是，在試驗設(shè)計的輻照劑量范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)60Co-γ射線輻照對辣椒粉的色澤、辣度、風(fēng)味、氨基酸、蛋白質(zhì)等有明顯的影響。因此，筆者認(rèn)為輻照可以作為一種較理想的減菌手段，在不影響辣椒粉營養(yǎng)、品質(zhì)、風(fēng)味的前提下大大提高其貯藏性能。